DE102015203681A1

DE102015203681A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Zugarterkennung

Info

Publication number: DE102015203681A1
Application number: DE102015203681.2A
Authority: DE
Inventors: Malte Hammerl; Jacob Johannes Kohlruss; Markus Talg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-03-02
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2016-09-22
Also published as: WO2016139031A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zugarterkennung und eine diesbezügliche Vorrichtung. Um beispielsweise bei Tunnelbegegnungsverboten bestimmter Zugarten ohne Zeitfenstervorgaben oder Fahrdienstleiterentscheidungen eine Zugarterkennung zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass ein zeitlicher Verlauf eines sensorisch erfassten Schwingverhaltens einer Messstelle an der Schiene bei Überfahrt des Zuges hinsichtlich zugartspezifischer Parameter ausgewertet wird. Der Sensor ist dabei vorzugsweise mit einem Lichtwellenleiter ausgestattet, der mit einer auf optischer Zeitbereichsreflektrometrie basierenden Auswerteeinrichtung zur Ermmittlung von Zuglänge (l) und/oder Achsmuster und/oder Masseverteilung über Zuglänge (m/l) und/oder Zuggeschwindigkeit verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zugarterkennung sowie eine entsprechende Vorrichtung.
Zugarten sind beispielsweise Güterzüge, besetzte Reisezüge, leere Reisezüge, einzelne Lokomotiven oder Mischzüge. Aus Sicherheitsgründen sind für bestimmte Streckenabschnitte, beispielsweise für Tunnel, Begegnungsverbote bestimmter Zugarten vorgesehen. Dadurch wird die Reduktion des Schadensausmaßes angestrebt, für den Fall, dass es zu einer Entgleisung, einem Brand oder einem anderen Unfall kommt. Durch das Begegnungsverbot wird auch die Eintrittswahrscheinlichkeit eines Unfalls gesenkt. Außerdem vereinfacht sich die Evakuierung von Fahrgästen und der Zugang zum Unfallort, wenn nur ein Gleis besetzt ist. Die vom Begegnungsverbot betroffenen Streckenabschnitte werden einmalig für bestimmte Zugarten festgelegt. Nähern sich zwei Züge diesem Streckenabschnitt, werden deren Zugart bestimmt und anhand einer, gegebenenfalls streckenabschnittsspezifischen, Matrix kann festgestellt werden, ob ein Begegnungsverbot für diese beiden Zugarten vorliegt, so dass für einen der beiden Züge die Weiterfahrt verhindert wird, oder ob Kompatibilität, das heißt Weiterfahrt für beide Züge, möglich ist. Problematisch dabei ist vor allem die Zugarterkennung, da in Streckenzentralen oder bei Zugleitsystemen zwar die Position der Züge, nicht jedoch mit Sicherheit auch die Zugart bekannt ist.
Um das Begegnungsverbot zu realisieren, sind betriebsorganisatorische Maßnahmen bekannt. Entweder werden starre Zeitfenster für den Betrieb der verschiedenen Zugarten, beispielsweise Reisezüge oder Güterzüge, festgelegt oder der Fahrdienstleiter muss eine Prüfung der Kompatibilität zweier Züge, beispielsweise durch fernmündliche Kommunikation, durchführen, bevor eine Weiterfahrt, beispielsweise Tunneldurchfahrt, durch Stellung einer Fahrstraße gewährt werden kann. Durch starre Zeitfenster oder Fahrdienstleiterprüfung wird jedoch die betriebliche Flexibilität stark eingeschränkt, wobei die persönliche Prüfung zusätzlich zu eingeschränkter Sicherheit aufgrund des „menschlichen Faktors“ führt.
Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zugarterkennung anzugeben, durch die eine Beeinträchtigung der betrieblichen Flexibilität vermeidbar ist. Insbesondere ist dabei angesichts der großen Vielfalt von Zügen anzustreben, zugseitige Installationen zu vermeiden und eine Zugarterkennung durch ausschließlich streckenseitige Detektion zu ermöglichen.
Verfahrensgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein zeitlicher Verlauf eines sensorisch erfassten Schwingverhaltens einer Messstelle an der Schiene bei Überfahrt des Zuges hinsichtlich zugartspezifischer Parameter ausgewertet wird.
Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung gelöst, bei der an der Schiene ein Sensor zur Erfassung des zeitlichen Verlaufes eines Messsignales bezüglich eines Schwingverhaltens bei Überfahrt des Zuges angeordnet ist, wobei der Sensor über eine Auswerteeinrichtung mit einer Vergleichseinrichtung zum Vergleich des Auswertesignals mit zugartspezifischen Parametern verbunden ist.
Vorteilhaft ist vor allem, dass die Zugarterkennung automatisch und ohne Beeinträchtigung des betrieblichen Ablaufes erfolgen kann. Außerdem wird die Sicherheit erhöht, da eine Fahrdienstleiterentscheidung, um welche Zugart es sich handelt und ob die Zugfahrt stattfinden darf, nicht zwingend erforderlich ist. Bei automatisch erkannter Zugart können erforderliche Maßnahmen, beispielsweise aufgrund von Gefahrguttransport oder bei Tunnelbegegnungsverboten ebenfalls automatisch eingeleitet werden. Das zugartspezifische Ausgangssignal kann direkt verwendet werden, um Fahrt- oder Weiterfahrtbedingungen zu berücksichtigen und beispielsweise in einer Leitzentrale die Fahrterlaubnis zu erteilen oder zu verweigern. Wenn als Bedingung ein Begegnungsverbot bestimmter Zugarten innerhalb eines Tunnels vorgesehen ist, kann aus einer gespeicherten matrixartigen Tabelle automatisch erkannt werden, ob einer der beiden Züge warten muss, bis der andere Zug die Gefahrenstelle passiert hat.
Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass das Schwingverhalten mittels Lichtwellenleiter erfasst wird. Lichtwellenleiter sind häufig in Kabelkanälen parallel zur Schiene bereits vorhanden. Der Lichtwellenleiter registriert an der Messstelle der Schiene bei Überfahrt des Zuges zugartspezifische Erschütterungen, die auch noch weit entfernt von der Messstelle auswertbar sind.
Dazu ist gemäß Anspruch 3 vorgesehen, dass das Ausgangssignal des Lichtwellenleiters mittels optischer Zeitbereichsreflektometrie (OTDR – Optical Time Domain Reflectometry) ausgewertet wird. Das Verfahren der Zeitbreichsreflektometrie ist zum Beispiel als Lichtwellenleiteranwendung für zukünftige Gleisfreimeldevorrichtungen bekannt. Mittels eines in den Lichtwellenleiter eingespeisten optischen Signals und dessen an der Messstelle reflektierten Signals ist eine Aussage über Erschütterungen in der Nähe des Lichtwellenleiters und die Bestimmung des Erschütterungsortes möglich. Dabei können kleine Erschütterungen, beispielsweise durch Schritte von Menschen, und größere Erschütterungen durch Schienen- und andere Fahrzeuge sehr gut voneinander unterschieden werden. Vorteilhaft bei der Verwendung von Lichtwellenleitern als Schwingungssensoren ist außerdem der hohe Datendurchsatz bei geringem Kabel-Installationsaufwand.
Bei einer in Anspruch 4 beziehungsweise Anspruch 7 gekennzeichneten vorteilhaften Ausführungsform wird das Schwingverhalten an einer Messstelle oder an mindestens zwei in definiertem Abstand zueinander vorgesehenen Messstellen erfasst und hinsichtlich Zuglänge und/oder Achsmuster und/oder Masseverteilung über Zuglänge und/oder Zuggeschwindigkeit ausgewertet. Diese vier Parameter lassen sich aus den detektierten Erschütterungen berechnen, wobei nur für die Feststellung der Zuggeschwindigkeit zwei Messstellen erforderlich sind. Die Länge des Zuges und gegebenenfalls deren Geschwindigkeit ergeben sich aus der zeitlichen Dimension der erfassten Erschütterungen und das Achsmuster, das heißt die Schienenbelastung durch die Achsen in Wegdimension ist ein Maß der Intensität der Erschütterung, die bei Überfahrt eines Drehgestells resultiert. Letztlich ergibt sich auch die Masseverteilung aus den Einzelmessungen der Achslasten des Zuges. Jede einzelne dieser vier Parameter kann als Indikator für eine bestimmte Zugart dienen. Vorzugsweise werden jedoch mehrere Parameter in die Bestimmung der Zugart einbezogen.
Die zu ermittelnden Parameter, insbesondere Zuglänge, Achsmuster und Masseverteilung, können sich aus dem Messbild einer einzigen Messstelle bereits ergeben, ohne dass der Zug diese Messstelle vollständig passiert haben muss. Es ist lediglich notwendig, eine zugartspezifische Eigenschaft, die einem der gemessenen Parameter entspricht, eindeutig zu identifizieren. Dabei kann es sich beispielsweise um die Identifizierung einer zugartspezifischen Lokomotive anhand deren Achslast oder Masseverteilung handeln. Dadurch kann zum Beispiel ein sehr langer Güterzug bereits von einem Personenzug unterschieden werden, bevor alle Achsen des Güterzuges die Messstelle passiert haben.
Vorzugsweise werden Zuglänge und/oder Achsmuster und/oder Masseverteilung über Zuglänge gemäß Anspruch 5 mit gespeicherten zugartspezifischen Parametern verglichen. Die gespeicherten Parameter sind dabei für die Zugart typische und zuvor ermittelte Vergleichsgrößen. Das Messsignal des Schwingverhaltens der Schiene bei Überfahrt des Zuges wird beispielsweise hinsichtlich der Masseverteilung über die Zuglänge ausgewertet und einer Vergleichseinrichtung zum Vergleich dieser Masseverteilung mit verschiedenen zugartspezifischen Masseverteilungen zugeführt, wobei Übereinstimmung bedeutet, dass die Zugart erkannt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein typische Masseverteilung eines Personenzuges und
2 eine typische Masseverteilung eines Güterzuges.
Um die Zugart durch streckenseitige Messmittel zu bestimmen, werden die Erschütterungen an einer Messstelle der Schiene bei Überfahrt eines Zuges gemessen. Dazu kann ein Lichtwellenleiter, der parallel zur Schiene verlegt ist, dienen, wobei mittels optischer Zeitbereichsreflektometrie ein zeitliches Messbild der Erschütterungen aufgenommen wird und über eine Auswerteeinrichtung einer Vergleichseinrichtung zugeführt wird. Die Auswerteeinrichtung ermittelt aus der Intensität der Erschütterungen die Achslast eines Drehgestells und aus der Zeitdauer der Erschütterungen und dem Achsmuster letztlich die in den Figuren beispielhaft dargestellten Masseverteilungen über die Zuglänge.
Es ist ersichtlich, dass die Anzahl der Achsen, die jeweils durch einen Punkt in den beiden Masse m / Zuglänge l – Diagrammen dargestellt sind und deren Massewert sich deutlich unterscheidet. Die beiden vorderen Messpunkte 1a und 1b repräsentieren die großen Massen bzw. Achslasten der Lokomotive und unterscheiden sich bezüglich der Masse bei unterschiedlichen Typen von Lokomotiven. Ein deutlicherer Unterschied zwischen der Masseverteilung bei dem Personenzug gemäß 1 und dem Güterzug gemäß 2 ergibt sich bei der Auswertung der Masseverteilung der angehängten Reisezugwagen beziehungsweise Güterwagons. Die Masseverteilung 2a der Reisezugwagons ist sehr homogen über die gesamte Zuglänge l verteilt, während die Masseverteilung 2b der Güterwagons aufgrund unterschiedlicher Beladung und unterschiedlicher Lagegüter sehr ungleichmäßig ist. Repräsentativ für die Zugart ist außerdem die typische oder bekannte Anzahl von Achsen und damit festgestellter Achslasten, nämlich in dem Ausführungsbeispiel bei dem Personenzug gemäß 1 zehn Achsen und bei dem Güterzug sechszehn Achsen.
Zugarterkennung durch streckenseitige Messmittel ist erforderlich, wenn für bestimmte Zugarten Begegnungsregeln eingehalten werden müssen, beispielsweise wenn eine Tunneldurchfahrt in Gegenrichtung für den Güterzug erst erlaubt ist, wenn der Personenzug den Tunnel verlassen hat. Bei der beanspruchten Zugarterkennung resultiert letztlich ein zugartspezifisches Ausgangssignal, das direkt in die Steuerung des Bahnbetriebes eingreifen kann, so dass bisher übliche Zeitfenstervorgaben oder Fahrdienstleiterentscheidungen nicht mehr erforderlich sind.

Claims

Verfahren zur Zugarterkennung, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitlicher Verlauf eines sensorisch erfassten Schwingverhaltens einer Messstelle an der Schiene bei Überfahrt des Zuges hinsichtlich zugartspezifischer Parameter ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingverhalten mittels Lichtwellenleiter erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Lichtwellenleiters mittels optischer Zeitbereichsreflektometrie (OTDR – Optical Time Domain Reflectometry) ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingverhalten an einer Messstelle oder an mindestens zwei in definiertem Abstand zueinander vorgesehenen Messstellen erfasst und hinsichtlich Zuglänge und/oder Achsmuster und/oder Masseverteilung über Zuglänge (m/l) und/oder Zuggeschwindigkeit ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Zuglänge (l) und/oder Achsmuster und/oder Masseverteilung über Zuglänge (m/l) mit gespeicherten zugartspezifischen Parametern verglichen werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Schiene ein Sensor zur Erfassung des zeitlichen Verlaufes eines Messsignals bezüglich eines Schwingverhaltens bei Überfahrt des Zuges angeordnet ist, wobei der Sensor über eine Auswerteeinrichtung mit einer Vergleichseinrichtung zum Vergleich des Auswertesignals mit zugartspezifischen Parametern verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor vorgesehen ist, der mindestens einen Lichtwellenleiter umfasst, wobei der Lichtwellenleiter mit einer auf optischer Zeitbereichsreflektometrie (OTDR – Optical Time Domain Reflectometry) basierenden Auswerteeinrichtung zur Ermittlung von Zuglänge (l) und/oder Achsmuster und/oder Masseverteilung über Zuglänge (m/l) und/oder Zuggeschwindigkeit verbunden ist.